Pesquisadores desenvolvem material tecido inédito feito inteiramente de cristais orgânicos flexíveis
uma Estruturas químicas dos compostos A –D usado para tecer os remendos cristalinos. b Fotografias de cristais de A –D gravado sob luz UV para contraste contra um fundo preto. c O método usado para tecer os cristais. A trama, que é composta por cristais quase paralelos, é definida primeiro, seguida pelo entrelaçamento de cristais normais ao primeiro conjunto que atuam como urdidura. A trama é então liberada da base, o remendo é apertado e os cristais mais externos são fixados com cola nos pontos de entrelaçamento para evitar que o remendo se desmonte. d , e Fotografias de uma mancha cristalina de A (5 × 5) segurado entre os dedos (d ) e uma imagem ampliada de uma célula com um buraco na grade (e ). Os comprimentos da escala são 2 mm no painel d e 200 μm no painel e . f Esquema mostrando a ondulação das manchas cristalinas. g Uma mancha cristalina tecida maior de A (20 × 18) à luz do dia (esquerda) e sob luz UV (direita). h Vista lateral da mancha cristalina à luz do dia (parte superior) e sob luz UV (parte inferior). Os comprimentos da escala nos painéis g , eu e j são 1 cm. eu , j Dobrar e esticar o pedaço de tecido A apoiado na palma da mão (i ) ou por um pedaço de papel preto (j ). Crédito:Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43084-7 Aplicando técnicas de tecelagem simples e antigas às propriedades recentemente reconhecidas de cristais orgânicos, pesquisadores do Smart Materials Lab (SML) e do Center for Smart Engineering Materials (CSEM) da NYU Abu Dhabi (NYUAD) desenvolveram, pela primeira vez, um produto único forma de tecido "têxtil". Esses novos remendos de tecido expandem os cristais unidimensionais em estruturas planares bidimensionais flexíveis e integradas que são incrivelmente fortes – cerca de 20 vezes mais fortes que os cristais originais – e resistentes a baixas temperaturas.
Essas características proporcionam a eles uma série de aplicações potenciais interessantes, inclusive em eletrônica flexível que varia de dispositivos sensores a matrizes ópticas, bem como em condições extremas, como baixas temperaturas encontradas na exploração espacial.
No artigo intitulado "Woven Organic Crystals" publicado na revista Nature Communications , Panče Naumov, professor de química da NYUAD e diretor do CSEM, e colegas da Universidade de Jilin demonstram que o cristal orgânico pode ser simplesmente tecido em remendos flexíveis e robustos com texturas lisas, sarja e cetim.
Como os cristais orgânicos são materiais inerentemente flexíveis, os pesquisadores descobriram que os remendos não são apenas leves, mas também robustos ao impacto mecânico. Eles são mais de 15 vezes mais resistentes à falha do que os cristais individuais, refletindo a ação coletiva aprimorada em resposta à flexão ou outros impactos sobre esses elementos estruturais emaranhados.
Os pesquisadores também relatam que a estabilidade térmica do novo “tecido cristalino” é outra vantagem impressionante dos cristais flexíveis. Embora a estabilidade térmica dependa dos cristais reais usados na tecelagem, as manchas cristalinas de alguns desses cristais permanecem flexíveis em uma faixa de temperatura de cerca de 350 ° C. C, entre –196
o
C e 150
o
C, que é superior a muitos polímeros ou elastômeros que normalmente se tornam quebradiços abaixo de sua temperatura de transição vítrea.
O novo tecido permanece opticamente transmissivo, proporcionando a oportunidade de construir redes de guias de ondas ópticas que podem realizar operações lógicas por excitação seletiva a laser dos cristais componentes. Os pesquisadores relatam matrizes ópticas de cristais tecidos que podem executar funções lógicas simples para demonstrar essa característica.
Quando os cristais orgânicos têm a proporção de aspecto apropriada, eles podem ser extremamente compatíveis mecanicamente e dobrados, enrolados ou torcidos. Esta flexibilidade contra-intuitiva dos cristais orgânicos está provavelmente enraizada nas suas fracas interações intermoleculares, que podem suportar grandes tensões sem fraturar.
"Durante milhares de anos, a tecelagem tem sido usada para produzir uma gama de têxteis que são flexíveis, mas mais fortes do que os materiais que os compõem, resistentes à abrasão e ao desgaste e notavelmente duráveis", disse o Dr. Naumov.
"Até recentemente, os cristais orgânicos eram considerados rígidos e frágeis; no entanto, a constatação de que podem ter propriedades elásticas extraordinárias mudou esse paradigma, não só acrescentando uma nova faceta ao seu conjunto único de propriedades, mas também revelando uma nova direção inexplorada na ciência dos materiais. Nosso novo conceito de uso de cristais como base para um tecido abre uma gama interessante de oportunidades para combinar esses cristais tecidos com outros materiais para um número incontável de aplicações tecnológicas."
Mais informações: Linfeng Lan et al, Cristais orgânicos tecidos, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43084-7 Informações do diário: Comunicações da Natureza
